# STM32F4-Base 项目架构总览 > 版本：v1.3　日期：2026-10-30 > 平台：STM32F407ZGTx @168MHz（HSE 8MHz → PLL M=4/N=168/P=2）+ FreeRTOS V10.3.1（CMSIS-RTOS2） > 用途：一页看清项目的分层、任务、数据流与目录组织。现状能力与功能缺口的权威口径在 AGENTS.md「项目概况」，细节以各模块专项文档为准（见 §9）。 --- ## 1. 全景分层架构 ![STM32F4-Base 项目分层架构](../images/项目架构总览.svg) > 上图由 `tools/arch_diagram/gen_arch_svg.py` 生成（**手绘 SVG**，布局确定、零连线交叉）；改架构后编辑脚本顶部 `L_*` / `ROWS` 数据重跑即可，源数据与 §1.1 表一致（脚本与产物同一笔提交，`generated-fresh` 门禁逐字节幂等）。 > 需要 PNG 预览（PPT/聊天分享）：用 Edge 无头渲染 `docs/images/项目架构总览.svg` 即可（PNG 不入库）。 > 分层原则：**上层只依赖相邻下层（单向）**——这条方向已有机械检查（`layer-deps` 钩子 / `scripts/check_layer_deps.py`：`Drivers/BSP/**` 不得 include `App/**` 的头，存量 3 条反向边钉成基线、只减不增，三个横切叶子头 `console_log.h`/`sys_clock.h`/`sha256.h` 显式豁免）；**① 业务层为顶层**（仅 `net_cfg`，被 UI 与基础服务共用），**② UI 层与 ③ 基础服务层同级并列**。跨层的具体调用关系见 §1.2 表。 ### 1.1 各层职责与关键模块 > ① 业务层（顶层，仅 `net_cfg`）；② UI 层与 ③ 基础服务层**同级并列**（均使用 `net_cfg`）；④ 中间件层 → ⑤ 驱动层 → ⑥ 内核/HAL → ⑦ 硬件 依次向下。 | 层 | 目录 | 职责 | 关键模块 | |---|---|---|---| | ① 业务层 | `Drivers/BSP/NETCFG/` | 顶层共享配置（被 UI 与基础服务共用） | `net_cfg`（`/config.ini` `[network]` 段） | | ② UI 层 | `Drivers/BSP/UI/` | LVGL 160×160 单色界面（与 PC 模拟器、屏板、远程显示**共用同一份显存**） | `ui_port` `ui_menu` `ui_menu_view` `ui_menu_tab`（生成物） `ui_content_page` `ui_page_registry`（生成物） `ui_page_*`（20+ 页插件） `ui_data`（数据供给发布 API） `ui_net_sink` `ui_standby` `ui_font_cn_12` `ui_deco` | | ③ 基础服务层 | `App/`、`Drivers/BSP/NET/lftpd/` | 应用侧服务与编排 | `app_main` `sys_events` `ui_data_feed` `task/*`（9 任务） `algo/*`（语义取数与有效性~保护判据 + 遥测快照 + 录波数据面 + 屏板灯位映射） `protocol/iec104` `sys_log`·`soe_*`·`console_log` `cfg_file`·`prot_set_store` `vol_lock` `time_sync` `lftpd` | | ④ 中间件层 | `Drivers/BSP/NET/`、`Lib/`、`App/util/` | 通用库 / 协议栈 | `net_socket` `net_select` `net_events` `net_listener` `net_pending` `FatFs` `nand_ftl(dhara)` `LVGL v9.3` `sys_clock` `task_watchdog` | | ⑤ 驱动层 | `Drivers/BSP/{CH395F,GD5F2GQ5UE,TPAFE5160,SD2506,RS485,ScreenLink}/` | 芯片寄存器 / 时序 / 中断 | `ch395f` `gd5f2gq5ue` `tpafe5160` `sd2506` `rs485` `sb_link`·`sb_proto` | | ⑥ 内核 / HAL | `Middlewares/`、`Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/`、`Drivers/CMSIS/` | 任务调度、外设 HAL、启动 | FreeRTOS V10.3.1 · STM32 HAL · CMSIS | | ⑦ 硬件 | — | STM32F407ZGTx @168MHz | SPI1 / SPI2 / I2C1 / UART4 / UART5 / USART1 / ADC1 / TIM3 / DMA / GPIO | ### 1.2 关键跨层依赖（对应上图未画出的连线） | 依赖 | 说明 | |---|---| | `ui_page_net_cfg` → `net_cfg` | 网口设置页显示/编辑 RAM 副本（不直接触 CH395F SPI） | | `netTask` → `net_cfg` → `net_socket` | 上电只读 RAM 副本（defaultTask 已在屏障前 `net_cfg_load`）→ `net_init(ip,mask,gw,mac)`；配置保存后经 `SYS_EVT_NET_RECONFIG` 按**网络代次号**重建（新 IP 免重启生效） | | `net_socket` → `net_events` / `net_listener` / `net_pending` | socket 宿主调三个内部模块：芯片边沿事件 + 100ms 周期对账 / 监听生命周期（重建请求登记 + 唯一执行）/ 阻塞 recv·send 挂起请求表 | | `App/algo/*` → `adc_task` / `protect_task` | 采集与算法层为纯计算：adcTask 消费 语义取数与有效性/标定折算/全周傅氏相量/测频/录波环（TIM3 1kHz 节拍）并发布遥测快照，protectTask 消费 保护判据（20ms 判据节拍） | | `App/algo/meas`·`prot_elm` → `iec104_pts` | 104 遥测 = 遥测快照 `meas_get()`（双区无锁、带品质、频率点绑定），遥信 = `prot_elm` 元件状态位图；点表与 `[comm]`/`[run_par]` 配置（运行参数段的 104 地址映射为真源） | | `App/app/ui_data_feed` → `Drivers/BSP/UI/ui_data` | UI 数据通道的写/读两侧：装配层按节拍从 采集/算法/保护/协议/时钟 取数组三帧（实时量 rt / 参数 par / 装置信息 info），经 `ui_data.h` 发布 API 供页面只读；`ui_data_feed` 是快照唯一填充者（装配层可同时 include 两侧头，方向仍是上层→下层，`check_layer_deps.py` 只拦反向） | | `uiTask` → `ScreenLink`（`sb_link`） | uiTask 10ms 节拍驱动：`sb_link_frame_update()` 活显存 memcmp 判变组帧 B（4208 B）、`sb_link_key_take()` 出队屏板按键、`sb_link_poll()` 离线判定（≥10s 无召唤）；灯位映射在 `App/algo/sb_led_map`（104 RUN 观测口）。⚠ HAL 三个 UART 回调（`RxEvent`/`Error`/`TxCplt`）的**唯一实现处在 `rs485.c`**、逐行转发 `sb_link`——改任一 UART 回调必须两边一起看 | | 录波链路（三任务交接） | adcTask `wave_ring_push()/tick()`（与相量主线同拍**并行**、互不阻塞）→ 触发冻结、后触发计满封段 → defaultTask 见 `wave_ring_sealed()` 游标分次搬进 `/wave` → uiTask 单通道回放页；落盘回执才解冻。取回 = FTP :21 | | SOE 链路 | protectTask 动作/复归边沿 `soe_store_post()`（纯 RAM：取时标 + 组 64B 记录 + 队列，**零文件系统**）→ defaultTask（`/log` 唯一写者，`syslog_drain` 尾部挂接）落 `/log/soe.log` | | `lftpd` / `net_cfg` / 测试 → `FatFs` → `nand_ftl` → `gd5f2gq5ue` | 文件、配置、录波段与 SOE 落 NAND | | `ui_net_sink` / `time_sync` → `net_socket` | 远程显示 :7003 / 对时 :8888 共用同一 TCP 栈；屏板链路走 USART1 串口（不经 TCP），与 :7003 是同一份显存的两个出口（**串口为主**） | | `ui_menu` → `ui_content_page` → `ui_page_*` | 框架 + 页面插件（描述符解耦；节点→页面绑定由注册表 `ui_page_registry.c` 生成，见 §6） | | `time_sync` / `sys_clock` → `sd2506` | 墙钟基准与写回 RTC | | `ui_port` / `ui_page_*` → `LVGL` | UI 全部绘制走 LVGL（1bpp 离屏渲染到内存帧缓冲） | ### 1.3 端到端链路鸟瞰（另一视角：一个电气量走到底） ![一个电气量从片外前端穿过驱动与算法，经任务交给 104 / 显存 / 记录文件；跨任务握手走就绪屏障](../images/架构总览_端到端链路.svg) > 上图由 `tools/arch_diagram/gen_arch_endtoend_svg.py` 生成（42 框 / 37 边 / 5 条纵带，线型三类：实线 = 数据与读写、短虚线 = 命令·请求·配置、紫点线 = 屏障位·心跳·同源镜像）。 > **与 §1 分层图的分工**：§1 回答「谁属于哪一层、层间单向依赖」，本图回答「一条数据从引脚走到 104 报文 / 显存 / 记录文件要穿过哪些框、谁在什么时候被谁唤醒」。图里的五条纵带只是**列分组**（便于对齐），不是依赖声明——依赖方向仍以 §1.1 表与 `layer-deps` 门禁为准。 > 影响链路走向的两条行为条件已画进图内（RS-485 未接线 → 暂缓接语义取数层；跨任务握手集中经 `就绪屏障`）；其余行为条件（未标定闭锁、`osFlagsNoClear`、CH395F 单连接、V0.1 双转换器无共同采样触发）不在图上重复，见 AGENTS.md「项目概况 / 平台约束」与 §2.2、§5。 > `*` `rs485_task.c` 任务体已实现，但**当前未在 `freertos.c` 创建**（RS-485 采集链路 暂缓，见 `docs/任务规划/暂缓-RS485.md`）；`adc_task.c` 已于 2026-10-10 接入创建（`adcTask`）。 > 串口三分（2026-10-29 屏板批 0 后的定态）：**USART1 = 屏板链路 700 kbaud**、**UART4 = RS-485（115200，未接线）**、**UART5 = 控制台日志 115200**——日志口原在 USART1，屏板占用后迁至 UART5（RS232#1 台架线改接日志口）。 --- ## 2. 运行时任务与就绪屏障 ### 2.1 任务一览（`Src/freertos.c` 创建） | 任务 | 栈 (字节) | 优先级 | 职责 | 入口 | |---|---|---|---|---| | `defaultTask` | 5120 | Normal | FatFS 挂载（无卷 `f_mkfs`）→ 卷健康探针/自愈 → `net_cfg_load`（配置引擎属主）→ 置 `STORAGE_READY`（= 存储+配置就绪）→ **`/log` 唯一写者**（`syslog_drain` 尾部统一排空 syslog / SOE 两条队列 → syslog 七本 + `soe.log` + 控制台排空）+ **录波落盘道**（已封存段游标分次搬 `/wave`，轮转号启动扫盘重建）+ 配置保存执行/2s poll + LED 闪烁 + **栈水位观测**（`stack_probe_poll`） | `StartDefaultTask` | | `netTask` | 3840 | Normal | 等存储（配置已由 defaultTask 就绪，本任务只读 RAM 副本）→ `net_stack_bring_up()`（不触碰配置文件引擎）→ 置 `NET_READY` → 循环 `net_poll` + `net_process_messages`；消费 `SYS_EVT_NET_RECONFIG` → 按网络代次号重建监听（CH395F 硬件层测试模式下入口自挂起） | `StartNetTask` | | `ftpTask` | 4096 | Normal | 等网络**且**存储（`WaitAll`）→ `lftpd_start("/", 21)` → 单客户端会话循环（断开后经 `net_listener` 重建监听）；录波段文件的取回通道 | `StartFtpTask` | | `testTask` | 8192 | BelowNormal | 测试套件入口（`test/board/test_config.h` 选择）。**产品构建不创建**：CubeMX 生成区无条件建后，`MX_FREERTOS_Init()` 在未选套件时（`!TEST_SUITE_SELECTED`）立即 `vTaskDelete` 回收其 8KB CCM 栈（2026-10-04） | `start_test_task` | | `uiTask` | 16384 | BelowNormal | 等网络 → `ui_port_init`/`ui_menu_init`/`ui_standby_init`(空闲 60s 切待机屏)/`ui_net_sink` → 10ms 刷新：`ui_data_feed_tick()` 三帧装配 + 屏板链路驱动（组帧 B / 出键 / 离线判定 / 状态灯位）+ 录波回放页 | `ui_task_func` | | `timeSyncTask` | 2560 | Normal | 等网络 → TCP :8888 收 PC 推送时间 → 写 RTC | `time_sync_task` | | `adcTask` | 2560 | AboveNormal | 纯消费者 + **唯一发布者**：`osThreadFlagsWait` 等 TIM3 1kHz 唤醒（ISR 内 `adc_tick_irq_notify` 置位）→ `adc_input_poll()`（TPAFE 原子快照 + STM32 ADC1 DMA 双缓冲）→ 标定折算 → 相量 → 测频；录波支路 `wave_ring_push()/tick()`；**每 200ms `meas_tick()` 发布遥测快照**（双区无锁，104 与 UI 共用同一份上游） | `adc_task_func` | | `iec104Task` | 2560 | Normal | 等网络 → IEC 60870-5-104 上行（工厂默认 :2404 监听 + link 状态机；遥测读 meas 快照、遥信读 `prot_elm` 元件态，COV 死区/变位上送；`[comm]`/`[run_par]` 配置；IEC 104 上行/第二轮）。任何构建都创建，纳入 IWDG `required_mask` | `iec104_serv_task` | | `protectTask` | 2048 | Normal | 保护判据 20ms 节拍：`prot_elm_run()` + 「自检失败闭锁」采样故障闭锁 + 定值校验和巡检 + 动作/复归边沿 SOE 投递（保护任务）；⚠ **当前处于「未标定闭锁」态**——`adc_cal_flags()` 无 VALID 时判据停走，两点标定写入 `[adc_cal]` 后自动解卡（用户裁定 2026-10-25：保持闭锁，不用万用表走捷径）；纳入 IWDG `required_mask`（产品 `0x1F7`） | `protect_task` | > `idle`（128 words）/ `timer`（256 words）由 FreeRTOS 内核创建。所有任务栈从 FreeRTOS `heap_4` 堆分配（**已迁 CCM**，2026-10-12 保护任务 由 48KB 扩容至 56KB，见 `docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` §4.1.2/§2.3）。 > **栈台账**：权威逐任务数字在内存方案 §2.3；`stack_report.py` 9/9 PASS（2026-10-22 静态最坏链 + 同日真机 `[STACK]` 水位；defaultTask 最坏 3024B/5120B 余 40%、protectTask 静态 872B/2048B 余 57%）。⚠ 改栈或加大栈内局部变量前后**必须**重跑该脚本——静态分析低估含递归/间接调用的链（优化前 ftpTask：静态 2528B vs 实测 3480B）。 ### 2.2 就绪屏障（Event Flags，取代魔法延时） ![就绪屏障（Event Flags）](../images/就绪屏障.svg) > 三栏式：**左 = 生产者（set）· 中 = 事件组 `sys_evtHandle` · 右 = 消费者（wait）**。 > 任务卡与事件位对齐同一行，箭头 = `set` / `wait` 关系；`bit1 → ftpTask` 的额外依赖用 **All 汇合点**表达（`osFlagsWaitAll`）。 > 源码 `tools/arch_diagram/gen_barrier_svg.py`（改数据重跑即可）；PNG 预览本地渲染、不入库。 **设计原则**：生产者与消费者互不知晓，只经事件组解耦；新增子系统只需定义新 bit + 各自 wait/set，不改已有任务。 （详见 `docs/架构设计/项目启动顺序管理.md`） **⚠ 就绪位必须 `osFlagsNoClear`（2026-09-21 实证，FTP 永不监听事故）**：`osEventFlagsWait` **默认消费**所等位（CMSIS 包装 → `xEventGroupWaitBits(xClearOnExit=pdTRUE)`，`cmsis_os2.c:1243-1249`），而就绪位表达的是**持久状态**——多人等待时必须人人可读。修前 `netTask` 等 `STORAGE_READY` 时清掉 bit1、`uiTask`/`timeSyncTask` 等 `NET_READY` 时清掉 bit0，导致 `ftpTask` 的 `WaitAll(bit0|bit1)` 两位永不同时为 1 → **任务永久阻塞、零日志零报错、21 端口从未监听**（靠栈水位异常才定位到）。 | 位类型 | 例子 | 等待方式 | |---|---|---| | **状态位**（"环境已就绪"） | `SYS_EVT_NET_READY` / `SYS_EVT_STORAGE_READY` | `osFlagsWaitAny\|osFlagsNoClear`、`osFlagsWaitAll\|osFlagsNoClear`——**任何消费者都不许消费它** | | **命令位**（"请做一件事"） | `SYS_EVT_CFG_SAVE` / `SYS_EVT_NET_RECONFIG` | 消费型等待（默认，不加 NoClear）——必须恰好被消费一次，否则会反复写盘/重建网络 | 本节图中 `ftpTask ← bit0 + bit1（All 汇合点）`依赖的正是"状态位常驻"这一前提。录波、SOE、屏板链路**不新增事件位**：录波/SOE 靠"唯一写者轮询封存队列/封存环"衔接，屏板靠中断与 uiTask 节拍，均不进启动屏障。 ### 2.3 线程间通信 | 机制 | 对象 | 用途 | |---|---|---| | Event Flags | `sys_evtHandle` | 启动就绪屏障（§2.2） | | Message Queue | `netMsgQueue`（深度 8，`net_msg_t`） | 所有 CH395F 操作经队列**串行化**到 netTask 执行，保证 SPI 单线程访问 | | Message Queue | syslog 条目队列 + SOE 投递队列（内核后**惰性创建**） | 各任务投递 → defaultTask 排空落 `/log/run.log`·`selftest.log`·`soe.log`（定长 64B） | | 双区无锁快照 | `phasor` / `meas`（`App/algo`） | adcTask 唯一发布者，双区原子切换；protectTask（20ms）、iec104Task、uiTask 无锁读 | | 冻结环交棒 | `wave_ring` | adcTask 写入；触发即冻结写指针、计满封段；defaultTask 只读已封存区游标搬运；落盘回执才解冻，冷却期再触发只加溢出计数 | | 环形缓冲 + 行级单一所有权 | `console_log` | 各任务 append 日志行进环形缓冲，defaultTask 唯一发送者（UART5）；裸发窗口用**非阻塞**所有权防半行交错（2026-10-26 O1 实证） | | 按键环形队列 | `sb_link` | USART1 空闲中断入队（按键骑在帧 A 里上来）→ uiTask 出队映射 `UI_KEY_*` | --- ## 3. 启动时序 ```mermaid sequenceDiagram autonumber participant M as main participant A as app_main_init participant K as osKernelStart participant D as defaultTask participant N as netTask participant F as ftpTask participant U as uiTask participant T as timeSyncTask participant I as iec104Task participant P as protectTask participant C as adcTask M->>M: HAL_Init + CubeMX 外设初始化
(SPI1/SPI2/I2C1/UART4/UART5/USART1/ADC1/TIM3/DMA/GPIO/IWDG) M->>A: app_main_init() Note over A: fault_handler_enable() 第一行（四 Fault 全采集，否则被升级成 HardFault 看不出根因） A->>A: syslog_mcu_init() → sd2506_init() → boot_stats_init() → sys_clock_init()（墙钟基准，时间优先使后续日志带时间戳） A->>A: rs485_init(UART4) → sb_link_init(USART1 屏板：波特率交叉核对 + 挂首轮 IDLE 接收) A->>A: gd5f2gq5ue_init()（BBT 扫描）→ tpafe5160_init() A->>A: adc_input_init()（语义映射 + ADC1 DMA）→ phasor_init() → freq_init()
→ adc_cal_init()（标定折算 [adc_cal] 注册）→ run_par_init()（[run_par] + 104 地址映射真源）
→ iec104_comm_init()（[comm] ca/端口）→ prot_set_init() + prot_elm_init()（保护判据内核前封存） A->>A: SD2506 诊断（ID/时间/温度/电池）→ HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3)（1kHz 节拍） A-->>M: "App init OK" M->>K: osKernelStart() Note over K: MX_FREERTOS_Init 已创建 9 任务 + 事件组 + netMsgQueue
（产品构建 testTask 创建即回收，实跑 8 任务） K->>D: 调度 D->>D: f_mount（无卷则 f_mkfs FAT32）→ 卷健康探针/自愈 → net_cfg_load()（配置引擎属主） D-->>N: set SYS_EVT_STORAGE_READY D->>D: 进入 LED / syslog·SOE 排空 / 录波落盘道 / 配置 poll 循环（含 stack_probe_poll 栈水位采样） N->>N: wait STORAGE_READY（Any|NoClear，≤10s，超时回退工厂默认） N->>N: 读 RAM 配置副本 → net_init(ip,mask,gw,mac)
→ PHY 强制 100M 全双工 → 等链路 ≤3s → MAC 回写影子 N-->>F: set SYS_EVT_NET_READY N->>N: 循环 net_poll() + net_process_messages()
（消费 NET_RECONFIG → 按代次号重建监听） F->>F: wait NET_READY|STORAGE_READY（All|NoClear）→ lftpd_start("/", 21)
→ 串口输出：waiting for connection... U->>U: wait NET_READY（Any|NoClear）→ ui_port_init → ui_menu_init → ui_net_sink_start(7003)
→ 10ms 循环：ui_data_feed_tick + 屏板组帧/出键/灯位 T->>T: wait NET_READY（Any|NoClear）→ TCP listen :8888 I->>I: wait NET_READY（Any|NoClear）→ IEC104 listen 默认 :2404（遥测读 meas 快照 / 遥信读 prot_elm） P->>P: 20ms 判据节拍 prot_elm_run()（不依赖网络；未标定即闭锁停走）+ SOE 边沿投递 C->>C: wait TIM3 1kHz 唤醒（ISR adc_tick_irq_notify）→ adc_input_poll() 纯消费
→ 标定→相量→测频 → wave_ring_push/tick → 每 200ms meas_tick() 发布快照 Note over D,N,F,U,T,I: 就绪位一律 osFlagsNoClear（状态常驻、可被多任务重复读取）；
仅命令位 CFG_SAVE / NET_RECONFIG 用消费型等待 ``` --- ## 4. 存储栈 ```mermaid flowchart LR FS["FatFs (Lib/FatFs)
f_mount / f_open / f_mkfs"] DIO["diskio.c
BSP 适配层"] FTL["nand_ftl.c
dhara FTL（磨损均衡 + 逻辑块映射）"] NAND["gd5f2gq5ue.c
页读写 / ECC / BBT 坏块表"] CHIP[("GD5F2GQ5UE
NAND 2Gbit")] subgraph USERS["使用方"] NC["net_cfg / cfg_file 引擎
/config.ini 多段 INI"] SLG["sys_log + soe_store
/log/run.log · selftest.log · soe.log"] LF["lftpd
FTP 文件读写（录波取回同通道）"] WS["录波落盘道（defaultTask）
/wave 段文件（8.3 短名 WAVE 轮转）"] PS["prot_set_store
/prot_set.bin（保护定值持久化原子写）"] ST["测试套件
STORAGE/GD5F"] end NC --> FS SLG --> FS LF --> FS WS --> FS PS --> FS ST --> FS FS --> DIO --> FTL --> NAND --> CHIP subgraph RTC["独立时间源"] SD["SD2506 RTC (I2C1)"] --> SC["sys_clock
墙钟 epoch"] end ``` - **配置文件**：通用 `/config.ini`（cfg_file 引擎，静态态单任务收敛于 defaultTask，外部变更 4s 沉降后自动重载），**多段注册制**：`[network]`（net_cfg）/ `[ftp]`（鉴权）/ `[adc_cal]`（标定系数与零点）/ `[run_par]`（运行参数 + 104 地址映射真源）/ `[comm]`（104 ca/端口）；新模块加段=注册 `cfg_file` 段处理器，唯一落盘者不变。旧版 NCFG 二进制（`/cfg/netcfg.bin`）已不再读取（2026-10-10 删迁移），存在则忽略。→ `docs/子系统设计/配置文件设计说明.md` - **记录九件**：`sys_log` 引擎按 `App/log/sys_log_mcu.c` 的 `s_paths[]` 写**七本**定长 64B 文本记录——`/log/run.log`、`selftest.log`、`accid.log`、`alarm.log`、`start.log`、`oper.log`、`yk.log`；`soe_store` 同先例落 `/log/soe.log`（64B 定长二进制，容量满删除重建）；`/log/wdev.log` 是**变长取证行**（掉电不丢，`App/fs/vol_lock` 侧投，不走 64B 定长格式）。defaultTask 是 `/log` 唯一写者（两条队列在 `syslog_drain` 尾部统一排空），FTP 可直下。→ `docs/子系统设计/运行与自检记录设计说明.md` - **录波段文件**：`/wave`（首 boot `mkdir`，8.3 短名 WAVE 前缀轮转、启动扫盘重建下标），段头 + 通道表 + 两处 CRC-16/MODBUS + 整段自检；defaultTask 游标**分次搬运**（每次 64B 批）不独占 FatFs，落盘成功回执才解冻录波环。→ `docs/子系统设计/故障录波设计说明.md` - **实时调试流** = 控制台单写者日志（**UART5**/RS232#1，4KB 环形缓冲 + defaultTask 唯一发送；2026-10-29 因屏板占用 USART1 自 UART5 定态），详见 `docs/子系统设计/控制台单写者日志设计说明.md`。 - NAND 坏块表（BBT）持久化在保留块池，不交给 dhara 管理。 --- ## 5. 网络栈与 TCP 消费者 ```mermaid flowchart TB CHIP[("CH395F
MAC+PHY · SPI2 + DMA")] --> DRV["ch395f.c
寄存器/命令 + 中断集中读取"] DRV --> NS["net_socket.c
BSD Socket API（单连接模式）"] NS --> EVT["net_events.c
边沿事件处理 + 100ms 周期对账"] NS --> LIS["net_listener.c
监听生命周期（请求登记 + 唯一执行）"] NS --> PND["net_pending.c
阻塞 recv/send 挂起请求表"] DRV --> NSEL["net_select.c
select/poll 多路复用"] NS --> Q["netMsgQueue
（串行化到 netTask）"] Q --> NT["netTask
net_poll() + net_process_messages()"] NS --> C1["lftpd
FTP :21"] NS --> C2["time_sync
对时 :8888"] NS --> C3["ui_net_sink
RemoDispBus :7003"] NS --> C4["iec104_serv
104 上行默认 :2404"] C3 -.->|"回送 1bpp 帧 + 接收远端按键"| CLIENT["DTU-RemoteLCD 客户端"] NC["net_cfg
IP/掩码/网关/MAC"] --> NS style NT fill:#efe,stroke:#484 ``` **单连接约束**：CH395F 配置为 8 Socket（索引寻址）+ TCP Server 单连接（`set_fun_para(0x08)`，bit3 SOCKET_CLOSE；bit0 保留必须为 0），Socket 0 复用监听与数据通道；FTP / 对时 / 远程显示 / IEC104 四个 TCP 服务**串行**占用连接，连接断开后自动回到 LISTEN。人机显存的另一路出口（屏板）走 USART1 串口、不经 TCP——显存**一份三出**：屏板（主）/ :7003（网络镜像）/ 模拟器（同源像素）。 > **FTP 启动门（2026-09-21 修复）**：`ftpTask` 必须等 `NET_READY` **且** `STORAGE_READY`（两位均 `NoClear`）才 `lftpd_start`——此前就绪位被其它等待者消费，FTP **静默不监听**（详见 §2.2 与 `docs/测试说明/板级测试/FTP_Test_Guide.md` §8.6）。 > **单客户端实测注意**：同一时刻只服务 1 个会话，旧会话异常断开后经 `net_listener` 重建监听（实测恢复窗 p50 **208 ms**，n=30；口径见 `docs/网络/网络自愈架构设计.md`）。测试脚本必须内置连接重试（`test/host/ftp_up_dl_test.py`、`test/host/ftp_regression.py` 已内置），且**不要用裸 TCP 工具探测 21 端口**（探测会占掉唯一会话，见 `docs/测试说明/板级测试/FTP_Test_Guide.md` §8.7）。 > **阻塞模型（2026-10-14 SEND 二期落地）**：阻塞 recv/send 经 `net_pending` 挂起请求表续作，调用方铁律 `sent < len`（末块写完即返回、不得登记挂起）；架构与五路语义见 `docs/网络/Net层阻塞模型架构设计.md`，监听重建/沉降隔离/周期对账见 `docs/网络/网络自愈架构设计.md`。 > 2026-10-14 实测：FTP 回归连续 19 次 11/11；`ftp_integrity_test` 20 轮 × 64 KB STOR/RETR SHA-256 20/20 一致，吞吐稳定 ≈80 KB/s。 --- ## 6. UI 层架构（框架 + 注册表驱动的页面插件） ```mermaid flowchart TB subgraph LOGIC["逻辑层"] UM["ui_menu.c
级联框状态机 + 按键分发"] MT["ui_menu_tab.c
菜单树生成物（ui_menu_tree.txt）"] RG["ui_page_registry.c
节点→页面注册表（生成物）"] end subgraph VIEW["显示层"] MV["ui_menu_view.c
框体/行/装饰自绘"] DECO["ui_deco.c
浅 V 装饰"] end subgraph FRAME["内容页框架"] CP["ui_content_page.c
屏生命周期 + 描述符驱动绘制/按键"] end subgraph DATA["数据供给（写读分离）"] FDR["App/app/ui_data_feed.c
唯一填充者（uiTask 节拍）"] DSC["ui_data.h
发布 API：rt/par/info 三帧快照"] end subgraph PLUGIN["页面插件（20+ 页，每页一文件）"] G1["实时量：ac / dc / yx / device_info"] G2["参数定值：view_param / view_set /
view_word / view_plate（整定·查看双入口复用）"] G3["三遥设置：deadband / calib …"] G4["装置维护：clock / reset / wave_manual / clear"] G5["通讯参数：comm / net_cfg"] G6["记录查询 ×10：soe / accident / oper / alarm /
start / yk / selftest / runlog / runreport / wave_play"] end subgraph PORT["显示端口"] UP["ui_port.c
160x160 1bpp 内存帧缓冲"] SINK["ui_net_sink.c
远程推流 :7003（显存镜像）"] STBY["ui_standby.c
待机屏（空闲 60s 切入）"] end SB["屏板链路 ScreenLink（USART1 700 kbaud）
帧 B 上屏（主出口）· 按键 → ui_port_queue_key"] WR["录波数据
wave_ring 封存区 / 搬运快照"] UM --> MT UM --> MV UM --> CP UM --> STBY MV --> DECO RG --> CP CP --> G1 & G2 & G3 & G4 & G5 & G6 FDR --> DSC DSC -.->|"页面只读快照"| G1 & G2 & G6 G6 -.->|"回放取数"| WR MV --> UP SINK --> UP UP --> SB SB -.->|"召唤帧带按键"| UM G5 -.->|"net_cfg RAM 副本"| CFG["net_cfg"] PASSWORD["password 页（#P 叶子统一入口）
ui_pwd_def.h 编译期：查看 000 / 修改 123"] -.-> UM ``` - **单一事实源 = 仓根 `ui_menu_tree.txt`**（61 行，16 个受保护叶 ` #P`）：缩进即层级，`#page=<模块>` 把叶子绑到 `ui_page_<模块>.c` 的描述符；重跑 `tools/menu_gen/gen_menu.py` 生成 `ui_menu_tab.*` 与 `ui_page_registry.*`，并**自动把新页写进双端注册文件**（`uvprojx` + `CMakeLists.txt`）。写了却不绑定的 `ui_page_*.c` 生成器直接报错（不留死代码）。 - 内容页为**独立全屏屏**，由框架一次性自绘（**零 LVGL 子对象**），ESC 返回菜单屏。 - 菜单受保护叶子（行尾 ` #P`）：先弹密码页，授权后 `menu_password_ok` **先关页再续进入动作**。 - **数据供给**：页面不直接伸手进业务模块，一律读 `ui_data.h` 三帧快照（实时量/参数/装置信息）；写侧唯一填充者 `ui_data_feed`（装配层，可双向 include 不违分层）。契约属主 `docs/UI设计/UI_数据供给设计说明.md`。 - **显存一份三出**（§5）：屏板串口为主出口（4208 B 帧 B 点阵，memcmp 判变才组帧），:7003 为网络镜像，模拟器与固件同一份 UI 源码；屏板按键经 uiTask 映射 `UI_KEY_*` 回注。→ `docs/子系统设计/屏板链路设计说明.md` - 录波两页：`wave_manual`（装置上手动触发录波）与 `wave_play`（现场单通道回放）——判据与显示契约见 `docs/子系统设计/故障录波设计说明.md` §8。 - 待机屏：空闲超时（默认 60s）自动切入，仅确认键回菜单；数据源同实时量页。 - 字体 `ui_font_cn_12.c` 由 `tools/font_gen/` 生成（宋体 12px 1bpp 子集，**224 字/319 字形**，2026-10-29 实测；字形数 = 字符数 + ASCII 95 个）。 --- ## 7. 目录组织 ``` STM32F4-Base/ ├── Src/ Inc/ CubeMX 生成：main.c / freertos.c / HAL 外设 / 中断 / 时基 │ ├── freertos.c 9 任务 + netMsgQueue + sys_evt 创建（CubeMX 接线 + 崩溃钩子；任务体在 App/task/） │ └── main.c 入口 → app_main_init → osKernelStart ├── App/ 应用层（业务编排，非 CubeMX） │ ├── app/ 启动编排与全局契约：app_main.c（时间子系统优先）、app_cfg.h、sys_events.h、 │ │ ui_data_feed（App→UI 数据装配，快照唯一填充者） │ ├── algo/ 采集与算法层（除 adc_input.c 外零平台依赖 → 主机单测免桩）： │ │ adc_input / adc_health / adc_cal / sample_ring / phasor / freq / meas / │ │ prot_set / prot_elm / run_par / wave_ring / wave_store / sb_led_map │ ├── task/ default_task / net_task / ui_task / adc_task / iec104_serv / protect_task / │ │ rs485_task*（*未创建，RS-485 暂缓）+ task_handles.h │ ├── protocol/iec104/ IEC 60870-5-104：iec104_asdu / iec104_link / iec104_pts（点表：遥测读 meas、遥信读 prot_elm）/ iec104_comm（[comm] 段） │ ├── log/ sys_log 记录引擎（定长 64B，/log 唯一写者=defaultTask）、 │ │ console_log（UART5 控制台单写者）、soe_rec（64B SOE 纯编解码）+ soe_store（投递/落盘胶水） │ ├── cfg/ 配置引擎：cfg_file（静态态单任务收敛于 defaultTask）、store（MCU=FreeRTOS 堆）、 │ │ prot_set_store（/prot_set.bin 原子写，保护定值持久化） │ ├── fs/ 卷锁 vol_lock（syslog / cfg / lftpd 三条路径 try 语义）、vol_idle_sync │ ├── sync/ time_sync（TCP 对时服务） │ └── util/ sys_clock（墙钟）、task_watchdog（IWDG 判定状态机）、boot_stats、sha256、task_prof ├── Drivers/BSP/ 纯手工驱动/服务（不受 CubeMX 保护） │ ├── CH395F/ 以太网 MAC+PHY（SPI2 + DMA） │ ├── GD5F2GQ5UE/ NAND + dhara FTL │ ├── TPAFE5160/ ADC（并行 16 位） │ ├── SD2506/ RTC │ ├── RS485/ 半双工串口（UART4 + DE；兼全局 UART 回调唯一实现处） │ ├── ScreenLink/ 屏板链路（USART1 700 kbaud）：sb_proto（纯协议，主机单测）+ sb_link（HAL/中断传输层） │ ├── NET/ net_socket / net_select / net_events / net_listener / net_pending / lftpd │ ├── NETCFG/ 网口配置（INI [network] 段） │ ├── UI/ LVGL UI（与模拟器共用）：ui_port / ui_menu* / ui_content_page / ui_page_*（20+ 页）/ │ │ ui_page_registry（生成）/ ui_data / ui_net_sink / ui_standby / ui_font_cn_12 / ui_pwd_def.h │ └── dbg_log.h/dbg_cfg.h/app_assert.h/bsp_err.h 分级日志与 BSP 契约 ├── Lib/ 第三方：LVGL v9.3、FatFs、dhara + lv_conf.h（MCU 端） ├── Middlewares/ FreeRTOS V10.3.1（ST 官方中间件） ├── Drivers/STM32F4xx_HAL_Driver/ + Drivers/CMSIS/ ST HAL / CMSIS（裁剪版） ├── MDK-ARM/ Keil 工程（uvprojx + scatter + build/download 脚本） ├── simulator/ PC 模拟器（CMake + SDL2，共用 UI 源码 + tests/ref 像素黄金参考回归） ├── test/ 测试套件（test_config.h 互斥选择，产品构建空转） │ ├── board/ 板端套件：CH395F（硬件层 + NET 层 Phase 6~11 + 链路时延探针）/ GD5F / │ │ 存储性能 / SD2506 RTC（逐文件清单 = `test/board/README.md`；无 ADC / RS485 / UI 板端套件） │ └── host/ 主机侧单测与脚本（47 套带 run_unit_test.py，覆盖率总闸全量真跑） ├── ui_menu_tree.txt 菜单树声明源（生成器输入，仓根） ├── ui_cn_chars.txt 中文字库输入（生成器输入，仓根） ├── tools/ font_gen / menu_gen / arch_diagram（文档配图生成器）/ refgraph（引用图）/ │ setview_check / netlist_semantics（网表语义） ├── scripts/ 门禁与报告（check_* / gen_* / ci_local.py / stack_report / ram_report / │ rename_ref / rename_ids / bom…） └── docs/ 设计/测试/规范文档（人类索引 docs/README.md） ``` --- ## 8. 构建与双端 ```mermaid flowchart LR SRC["共享源码
Drivers/BSP/UI/*
Drivers/BSP/NETCFG/net_cfg.c
App/cfg/cfg_file.c"] SRC --> MCU["MCU 端
Keil MDK-ARM (ARMCC v5)
/keil-build → BUILD_OK"] SRC --> SIM["PC 模拟器
CMake + SDL2 (MSVC)
lvgl_sim.exe --keys"] MCU --> TEST["/serial-boot-test：串口采集 + 烧录 + 日志校验"] SIM --> REG["UI 回归：
check_menu_rows.py
check_content_pages.py"] ``` | 目标 | 工具链 | 验证 | |---|---|---| | MCU 固件 | Keil MDK-ARM v5（`/keil-build` = `keil-build` skill） | `/keil-build` 0 错 0 警 → `/serial-boot-test` 串口闭环 | | PC 模拟器 | CMake + SDL2 + MSVC（`simulator/build/`） | `check_menu_rows.py` + `check_content_pages.py`（文本断言 + 像素黄金参考） | **纯逻辑模块第三端**：录波（`wave_ring`/`wave_store`）、保护判据（`prot_set`/`prot_elm`）、遥测快照（`meas`）、SOE 编解码（`soe_rec`）、屏板协议层（`sb_proto`）等零平台依赖，被 `test/host/` 原样 `#include` 免桩直跑（覆盖率总闸全量真跑）——主机侧就是它们的"第三端"。 **功能编译开关**：当前**不存在**——`App/app/app_cfg.h` 自 2026-10-22 起不含任何宏（原 `APP_NET/ADC/RS485_ENABLE` 三个零消费点占位宏已删，接回方法记在该文件 v1.2），各模块一律编译进产品；裁剪测试套件的唯一开关是 `test/board/test_config.h` 互斥选择（产品构建全注释）。 --- ## 9. 相关专项文档 | 主题 | 文档 | |---|---| | 启动顺序 / 就绪屏障 | `docs/架构设计/项目启动顺序管理.md` | | 存储架构（NAND/FTL/FatFs） | `docs/架构设计/STM32F4-Base存储架构说明.md` | | NET 阻塞模型（挂起请求表五路语义） | `docs/网络/Net层阻塞模型架构设计.md` | | 网络自愈（监听重建 / 沉降隔离 / 周期对账） | `docs/网络/网络自愈架构设计.md` | | 采集与算法层 语义取数与有效性~保护判据（**设计与判据**） | `docs/算法/采集与算法层设计说明.md` | | 采集与算法层目录索引（文件清单 / 构建测试） | `App/algo/README.md` | | 保护功能复现规划（分层归属 / 功能项状态） | `docs/算法/继电保护功能复现规划.md` | | ADC 采样节拍（TIM3 1kHz 同源驱动） | `docs/子系统设计/ADC采样节拍设计说明.md` | | ADC 通道映射（网名/板级/通道号 13 路置换） | `docs/硬件平台/ADC通道映射说明.md` | | 故障录波（数据面/段格式/回放契约） | `docs/子系统设计/故障录波设计说明.md` | | 屏板链路（USART1 主出口 / 帧 A 帧 B / 实测证据） | `docs/子系统设计/屏板链路设计说明.md` | | IEC 60870-5-104 上行（默认 :2404，可经 `[comm]` 改） | `docs/子系统设计/IEC104上行设计说明.md` | | 配置文件引擎（/config.ini 多段注册制） | `docs/子系统设计/配置文件设计说明.md` | | 运行与自检记录（64B 记录 + SOE） | `docs/子系统设计/运行与自检记录设计说明.md` | | 墙钟时间维护 | `docs/子系统设计/系统墙钟时间维护说明.md` | | 控制台单写者日志（UART5 调试流） | `docs/子系统设计/控制台单写者日志设计说明.md` | | 看门狗 / CubeMX 重生成存活方法论 | `docs/子系统设计/看门狗设计说明.md` §10 | | RAM 预算与优化 | `docs/内存管理/RAM使用分析与优化方案.md` | | 栈/内存观测工具 | `scripts/stack_report.py`（Keil 静态调用图 × 串口 `[STACK]` 水位，判定取两者更坏者）· `scripts/ram_report.py`（.map 静态占用）—— 用法与基线见内存方案 §4.0.6 | | FTP 功能与陷阱 | `docs/测试说明/板级测试/FTP_Test_Guide.md` §8.6（启动门）/ §8.7（单客户端）· 脚本 `test/host/ftp_up_dl_test.py`、`test/host/ftp_regression.py`、`test/host/ftp_integrity_test.py` | | UI 设计架构 / 内容页 / 菜单 | `docs/UI设计/UI_设计架构.md` · `内容页架构.md` · `菜单页面设计.md` | | UI 数据供给契约（rt/par/info 三帧） | `docs/UI设计/UI_数据供给设计说明.md` | | RemoDispBus 远程显示协议（:7003） | `docs/UI设计/RemoDispBus协议与接收设计说明.md` | | UI 自动化测试 | `docs/UI设计/UI_自动化测试流程.md` | | 驱动已知陷阱 | `docs/问题记录/{CH395F,GD5F2GQ5UE,SD2506}_Trap_Records.md` | | 各模块测试指南 | `docs/测试说明/` | | 代码规范 | `docs/代码规范/` |